基于人工智能的中国2000年至2024年生态质量动态评估

《Journal of Hydro-environment Research》：Dynamic assessment of ecological quality in China from 2000 to 2024 based on artificial intelligence

中国七大地理区域2000-2024年生态质量时空演变特征及驱动机制研究，基于RSEI模型（植被绿度NDVI、土壤湿润度WET、干燥度及热岛效应），揭示区域生态质量波动规律与差异：华南（SC）生态质量最优且持续提升，东北（NEC）及华北（NC）生态质量较低但逐步改善，西北（NWC）提升最弱，区域差异主要由气候条件、植被覆盖和人类活动共同驱动。

　　

田玉萍|吴泽川|刘凯|李明泽

教育部/东北林业大学林业学院可持续森林生态系统管理重点实验室，哈尔滨150040，中国

研究区域

分析涵盖了中国的七个主要地理区域（图1），包括东北地区（NEC）、北部地区（NC）、东部地区（EC）、中部地区（CC）、南部地区（SC）、西北地区（NWC）和西南地区（SWC）。这些地区在气候类型、植被结构和生态敏感性方面存在显著差异，构成了研究生态质量时空变化的代表性样本。东北地区和北部地区的气候条件较为凉爽或干燥，这影响了生态质量。

RSEI模型的建立

RSEI模型结合了绿色度、湿润度、干燥度和热量指数，用于衡量2000年至2024年间中国各地区的年度生态质量（Xu等人，2019年）。植被状况和生态活力通过NDVI（绿色度指数）进行评估。湿润度指标来源于Tasseled Cap变换的WET指数，反映了土壤、植被和地表水的含水量。NDBSI指数则通过结合土壤指数（SI）和不透水建筑指数（IBI）计算得出。

中国不同地理区域的生态质量时空特征

2000年至2024年间，中国不同地理区域的生态质量表现出不同程度的波动和增长（图3）。尽管2020年有所下降，南部地区的生态质量始终最高（平均RSEI为0.70）。东部地区和中部地区的平均RSEI分别为0.66和0.61，整体呈上升趋势。相比之下，东北地区、西南地区和北部地区的生态质量起初较低，但随后逐渐改善。

生态质量的时空异质性

本研究利用RSEI模型分析了2000年至2024年间中国七个地区的生态质量变化，发现了明显的时空异质性。全国范围内，生态质量整体有所改善，但改善程度各不相同（图3）。南部地区由于水热条件优越和森林覆盖率较高，生态质量的提升最为显著（Liu等人，2024年；Liu等人，2023b年）。相比之下，西北地区的生态质量一直较低，增长趋势最为缓慢，这与其气候条件密切相关。

结论

本研究构建了一个基于RSEI的综合性生态质量评估框架，涵盖了2000年至2024年的长时间跨度。该框架系统地揭示了生态质量变化的时空动态，并突出了不同地理区域驱动因素的时空异质性。研究结果表明，尽管存在时间波动，生态质量总体上呈现上升趋势，并存在显著的地区差异。

作者贡献声明

田玉萍：撰写初稿、数据可视化、软件开发、方法论设计、数据分析、概念框架构建。吴泽川：撰写与编辑、数据验证、方法论改进、调查分析。刘凯：撰写与编辑、数据管理、项目监督、概念框架构建。李明泽：撰写与编辑、项目监督、项目管理、概念框架构建。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家重点研发计划（项目编号：2023YFD2201704）、中央高校基本科研业务费（项目编号：2572024AW01）以及碳中和专项科学基金（项目编号：HFW220100054）的支持。